Živě: ATM a spol. - Datové přenosové technologie v síti Internet

Aktuální články

Jan Rydval: Slovní spojení „Internet je“ je prakticky nemožné doplnit o zbytek věty bez připomínek minimálně poloviny čtenářů o povrchnosti takového tvrzení. Přesto si dovolím toto spojení použít. Internet je směsí různých, vzájemně propojených technologií, které spolupracují za pomoci jednotícího prvku, kterým je protokol IP. Protože základním úkolem sítě Internet, stejně jako jakékoliv jiné počítačové sítě je přenášet data uživatelů, podívejme se blíže na datové přenosové technologie, na jejich vlastnosti a na výhodnost použití té které technologie vzhledem ke konkrétnímu způsobu využití Internetu.

V topologii Sítě je možné rozlišit několik hierarchických úrovní, kde na každou z nich jsou kladeny specifické požadavky z hlediska přenosové rychlosti, spolehlivosti a odolnosti proti poruše. Na té nejnižší úrovni, ke které máme jako uživatelé nejblíže, je realizováno připojení sítě nebo stanice uživatele k přístupovému bodu poskytovatele. Pro tentokrát ponecháme stranou připojení po vytáčených telefonních linkách a věnujme pozornost technologiím, které umožňují profesionální využití Internetu jako prostředku vhodného k elektronickému obchodování – elektronickému obchodu, IP-telefonii a k budování virtuálních privátních sítí – VPN. Právě rozvoj v oblasti VPN byl umožněn cenově přijatelnou nabídkou rychlého připojení k Internetu. VPN poskytuje uživateli možnost využít internetové přípojky nejen k přístupu k informačním službám, ale také například k bezpečnému datovému propojení sítě poboček společnosti, ať již se teritoriálně nachází kdekoliv, obvykle za cenu odpovídající zlomku nákladů na přímé propojení lokalit. Rozvoji VPN napomáhá také to, že funkce nutné k jejímu provozování jsou dnes již ve většině případů standardní součástí směrovačů.

Připojení sítě uživatele do Internetu

Celou problematiku získání konektivity do Internetu lze rozdělit na část zajišťující připojení lokality uživatele k přístupovému bodu poskytovatele služeb Internetu a na připojení poskytovatele Internetu na některou z páteří Internetu. Podrobněji se budeme věnovat první části tohoto řetězce a máme na mysli to, co se nazývá „trvalou přípojkou“.

Obvyklé datové technologie používané k připojení lokální sítě do Internetu jsou uvedeny v následujícím přehledu:

Paketová síť X.25
Frame Relay
Transparentní kanál s protokolem PPP
ATM

Paketová síť X.25

X.25 je označením standardu pro rozhraní mezi paketovou sítí s přepínáním paketů a koncovým datovým zařízením, konkrétněji v našem případě mezi modemem a směrovačem. Tato technologie má své počátky v sedmdesátých letech, a proto vychází z technologických možností té doby. Obecně se označení X.25 používá jako označení sítě s virtuálními okruhy a přepínáním paketů založené na široké škále standardů, do které patří také standard X.25.

X.25 pracuje s datovými okruhy, které jsou dynamicky vystavovány na základě požadavku jedné z komunikujících stran. Způsobem vystavování spojení je možné technologii X.25 přirovnat ke komutované telefonní lince. Tím ale veškerá podobnost končí. Jak sestavení spojení, tak vlastní datová komunikace probíhá již výhradně digitálně.

Prostředky sítě X.25 je zajištěna detekce chyb vzniklých při přenosu a také potvrzování a případné opakovaní paketů postižených chybou při přenosu. Tato architektura zajišťuje relativně bezchybný přenos dat za cenu nižších přenosových výkonů v porovnání s jinými technologiemi.

Nevýhodou je zpoždění paketů

Nevýhodou využití sítě X.25 pro přístup do Internetu je větší zpoždění dat v síti X.25 oproti ostatním zmiňovaným technologiím a nižší rychlosti, které jsou poskytovány. Zpoždění je zvláště patrné při použití satelitního spoje. Tento způsob připojení do Sítě je využitelný především pro přístup k datovým službám, nikoliv k provozování IP-telefonie. Zpoplatnění je prováděno podle objemu přenesených dat nebo podle času, po který bylo spojení vystaveno, a to mluví proti využití takového přístupu pro VPN.

V současné době má uživatel možnost využít buď služeb veřejné datové sítě X.25, nebo použít satelitní spoj VSAT, který je obvykle zakončen rozhraním X.25.

Výhodou je v případě satelitních spojů VSAT nezávislost na pozemní komunikační infrastruktuře a rychlost, s jakou lze tento typ spojení vybudovat. Proto lze tuto technologii doporučit jako záložní připojení, které je vystaveno v případě poruchy pozemního spoje.

Frame Relay

Koncem osmdesátých a začátkem devadesátých let došlo k důležitým technologickým změnám, které měly hlavní vliv na vývoj přenosové technologie Frame Relay. S rozvojem sítí LAN v porovnání s terminály a inteligentními pracovními stanicemi se mění centralizovaný model zpracování dat na distribuované zpracování s důsledky pro komunikační infrastrukturu. Jedním z důsledků je exponenciální zvyšování objemů přenášených dat a ještě podstatnější je změna rozložení zátěže v čase. Zatímco u centralizovaného zpracování bylo možné pozorovat přibližně konstantní zatížení v době pracovní doby a využít mimopracovní dobu pro dávkové přenosy, zatížení sítě se systémem distribuovaného zpracování dat lze mnohem méně předvídat.

Současně se objevují digitální a optické trakty, které jsou schopny nabídnout spolehlivější a rychlejší přenosové trasy. Aby bylo možné využít vlastnosti nových tras a pokrýt požadavky na konektivitu, byla vyvinuta nová technologie s přepínáním paketů.

Pevný okruh, ale jen virtuálně

Na funkční úrovni jsou technologie X.25 a Frame Relay srovnatelné a obě uživateli poskytují virtuální datový okruh. Při pohledu zblízka zaznamenáme podstatné rozdíly. Služba X.25 je založena na již zmíněném virtuálním volání, Frame Relay naopak vyžaduje od provozovatele sítě Frame Relay, aby provedl před prvním přenosem dat definování cesty sítí a proto mluvíme o virtuálním pevném okruhu. Aby situace nebyla tak jednoduchá, některé sítě X.25 poskytují obdobu služby virtuálního pevného okruhu, a naopak v oblasti Frame Relay se pracuje na standardech pro vytváření dynamicky sestavovaných spojení.

Frame Relay neobsahuje funkce pro vyžádání opakovaného vysílání paketu v případě poškození paketu na cestě sítí. V takovém případě je paket zahozen a vyžádání opakovaného vyslání je ponecháno na zodpovědnosti vyšších síťových vrstev.

Frame Relay je vhodnou technologií pro připojení do sítě Internet z několika důvodů. Jedním z nich je i způsob, jakým jsou definovány rychlostní parametry na rozhraní mezi uživatelem a sítí Frame Relay pro každý virtuální okruh, který je na uživatelském rozhraní jednoznačně identifikován pomocí DLCI (Data Link Control Identifier).

Frame Relay je flexibilní

Mezi parametry datového okruhu, které lze sjednat s poskytovatelem služeb sítě Frame Relay patří přístupová rychlost, která je rovna rychlosti fyzické linky, dále pak maximální objem dat, který může být poslán do sítě a pro který je za normálních podmínek garantováno doručení; označuje se jako Commited burst size. Tento objem dat nabídnutý síti k přenosu je měřen v intervalu, který je označován jako Commited rate measurement interval. Další parametr udává, o kolik může koncové zařízení překročit Commited burst size; je označován jako Excess burst size. Síť se pokusí doručit data vyslaná v rámci tohoto limitu, nicméně nezaručuje jejich doručení, a pokud na trase vzniknou problémy vyplývající s vysokého zatížení, budou tato data zahozena jako první. Při sjednávání parametrů rozhraní mezi zákazníkem a provozovatelem sítě je obvykle udáván také parametr, který vychází z výše uvedených charakteristik a který se označuje jako CIR (Commited information rate). Jeho hodnota udává rychlost vysílaných dat, při které síť za normálních podmínek garantuje doručení vyslaných dat.

Výše uvedené parametry dávají možnost specifikovat vlastnosti přípojného okruhu do sítě Internet podle potřeb uživatele a spolu s dalšími vlastnostmi Frame Relay a cenou této služby jsou jedním z důvodů, proč přípojné okruhy na bázi FR postupně vytlačují připojení pomocí pevné linky.

Transparentní kanál s protokolem PPP

Dnes stále ještě nejobvyklejším způsobem připojení lokální sítě do Internetu v České republice je pronajatý pevný okruh zakončený modemy v kombinaci s protokolem PPP, který plní funkce linkové vrstvy. Tedy to, co si můžeme např. od Telecomu pronajmout jako tzv. pevnou linku.

Výhodou takového připojení je jeho relativní dostupnost v mnoha lokalitách. Nevýhodou je nutnost propojení úseků pevné linky až do nejbližšího přípojného místa poskytovatele Internetu. Protože cenově je výhodnější využití služeb sítě Frame Relay, jsou pevné linky použity v současné době často jako přípojné vedení k nejbližšímu uzlu sítě Frame Relay.

V případě kombinace pevná linka a protokol PPP je nutné uvést nevýhodu spočívající ve větší zranitelnosti takového připojení. Výše zmíněné technologie X.25 a Frame Relay obsahují v rámci sítě obvykle polygonální topologii, která zvyšuje odolnost proti poruše komunikačních linek. V případě kombinace transparentního kanálu a protokolu PPP je konektivita uživatele zcela závislá na konkrétním fyzickém traktu po celé délce přípojného vedení a tím pádem více zranitelná. Výjimku tvoří transparentní kanál vytvořený v síti inteligentních multiplexorů, které jsou schopny zajistit funkci vystavění obchozího kanálu v případě výpadku některé z tras.

ATM

Zatím nejmodernější technologie, která ještě nebyla v tomto článku šířeji zmíněna, je ATM (Asynchronous Transfer Mode). Na ATM je možné nahlížet jako na výkonnou formu systému s přepínáním paketů nebo jako na statistické multiplexování provozu prováděné na blocích dat s pevnou délkou. Sítě ATM poskytují služby pevných virtuálních okruhů i služby datových okruhů vystavovaných na vyžádání jedné z komunikujících stran.

Tato technologie je určena především pro komunikační linky s vysokou rychlostí a s nízkou bitovou chybovostí. Efektivně lze technologii nasadit na komunikační trakty s rychlostí od 2 Mb/s. Tím je již řečeno, že v současné době nalezne uplatnění spíše v páteřních částech Internetu než jako přístupová technologie pro připojení uživatele. Na druhou stranu se snižujícími se cenami za přenosové pásmo a vzhledem k univerzálnosti technologie ATM lze očekávat postupný nástup i do této oblasti.

Pro přenos protokolu IP po síti ATM existuje v současné době několik možností:

LANE (LAN Emulation) nebo MPOA (Multiprotocol Over ATM)
CIP (Classical IP over ATM)
MPLS (Multiprotocol Label Switching)

Emulace LAN je vhodnou technologií pro nasazení v sítích typu Campus, tedy v sítích spojujících několik kanceláří nebo budov pomocí spolehlivých a rychlých optických vedení. Umožňuje vytvořit izolované virtuální sítě a přiřadit do těchto sítí stanice uživatelů bez ohledu na jejich fyzické umístění. Rozšíření LANE na MPOA řeší problémy se zálohováním životně důležitých funkcí emulace LAN. Další rozšíření obsažené v MPOA míří do oblasti směrování v síti. MPOA umožňuje vytěsnit již z principu pomalou technologii směrování na hranice sítě a v rámci sítě používat pouze podstatně rychlejší hardwarově realizované přepínání buněk ATM.

CIP je způsob, jak jednoduchým a efektivním způsobem využít síť ATM pro přenos provozu protokolem IP. Pro svou jednoduchost a malý objem služebních informací, které jsou přenášeny, je vhodná nejen do sítí typu Campus, ale nalézá uplatnění i v metropolitních sítích.

MPLS je sadou standardů umožňující přenos paketů IP, ale nejen jich, mezi velkým množstvím lokalit a přístupových bodů bez nutnosti vystavovat velké množství virtuálních okruhů. Tato technologie používá předpřipravené cesty pro cílové lokality a agreguje provoz směřující do stejné koncové lokality do jednoho virtuálního okruhu. Tím, že MPLS snižuje počet virtuálních okruhů, které by bylo třeba vystavit při použití LANE/MPOA, je velmi vhodnou technologií pro rozsáhlé páteřní sítě, tedy například páteře Internetu.

Budoucnost je v pružných technologiích

V blízké budoucnosti lze očekávat příklon zákazníků k technologiím, které umožňují změnu vlastností přípojného datového okruhu do Internetu bez nutnosti změn na fyzické úrovni, tedy beze změny vlastního fyzického komunikačního média. To dává uživatelům mimo jiné i možnost objednat si službu spočívající v rozšíření přenosového pásma pro konkrétní účel na specifikovanou dobu, například pro účel videokonference nebo přenosu většího objemu dat, a zvýšit tak efektivitu prostředků vynaložených na zajištění konektivity do Internetu.

Zdroj: Computer

Živě si právě čte 270 lidí
	Copyright Computer Press, 1998 Technické řešení copyright Altair, 1998